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1、绍兴高压天然气管线工程沿线土壤腐蚀调查、腐蚀性评价报告目录、前言1. 管道为什么会发生腐蚀?2. 地下管道存在两类腐蚀电池3. 土壤介质腐蚀特点及评价方法4. 现场勘测和实验室分析内容5. 土壤勘测的必要性二、勘察依据、测试仪器三、土壤腐蚀性判断指标四、线路的概况和走向五、测试结果及分析六、阴极保护设计方案及说明一、前言：1. 管道为什么会发生腐蚀?土壤对管道的腐蚀属于电化学腐蚀范畴，其腐蚀原因，是土壤中固相、液相和气相三者对金属管道共同作用的结果。造成金属离子脱离晶格跑到土壤中，金属中离子和电子分家，离子进入土壤，管道遭受腐蚀。留在管道上的电子从电位负的阳极沿管道导体跑到电位正的阴极，土壤中
2、空气和盐溶液使土壤具有离子导电性成为电解质。土壤中的氧分子在阴极上得到电子还原成氢氧根离子，于是阳极过程、阴极过程和电流在管道上流动就不断进行，腐蚀也就不断进行。阳极过程: 金属成为金属离子并释放出电子，如铁Fe+ n H2OFe2+.nH2O +2e 在中性和碱性土壤中，铁离子和氢氧根离子进一步生成氢氧化亚铁Fe2+ +2OH-Fe(OH)2 氢氧化亚铁在氧和水的作用下生成氢氧化铁 2Fe(OH)2 +1/2 O2 +H2O2Fe(OH)3氢氧化铁溶解度很小，比较疏松，覆盖在钢铁表面保护性差。由于紧靠着电极的腐蚀，氢氧化铁和土粒粘在一起，形成一层紧密层，呈棕黄色锈层。 阴极过程: 土壤中氧、
3、水与电子结合生成氢氧根离子O2 + 2H2O + 4e4OH-揭开管道腐蚀的秘密就是金属离子和电子分家，也就是活泼金属产生的电子不断被氧消耗，造成串联过程不断进行，金属腐蚀不断发生。腐蚀速度取决于电子消耗速度，腐蚀速度大小用电流密度大小来衡量。2. 地下管道存在两类腐蚀电池腐蚀分宏电池和微电池二类，腐蚀形式分均匀腐蚀和局部腐蚀，以局部腐蚀危害性最大，埋地管道多以局部腐蚀为主。地下管线腐蚀形态:金属管线在土壤中的腐蚀过程主要是电化学溶解过程,由于形成腐蚀电池而导致地下管线的锈蚀穿孔。按腐蚀电池阳极区和阴极区间距大小,可将管线腐蚀形态分成微电池腐蚀和宏电池腐蚀两大类。1. 微电池腐蚀当管线腐蚀是由
4、相距仅为数mm甚至数um的阳极和阴极所组成的微电池作用而引起时,称做微电池腐蚀,其外形特征十分均匀,故叫做均匀腐蚀。由于微阳极和微阴极相距非常近,所以微电池的腐蚀速度不依赖于土壤电阻率,仅决定于微阳极和微阴极的电极过程。微电池腐蚀对地下管线的危害性较小。2. 宏电池腐蚀当管线腐蚀是由相距数厘米,甚至数米的阳极区和阴极区所构成的宏电池作用而引起时,常称宏电池腐蚀或局部腐蚀。由于阳极区和阴极区相距较远,土壤介质的电阻在腐蚀电池回路总电阻中占有相当大的比重,因此宏电池的腐蚀速度不仅与阳极和阴极的电极过程有关,还与土壤电阻率密切相关,土壤电阻率大,就能降低宏电池的腐蚀速率。在埋地管道的表面上出现的斑块
5、状,孔穴状,沟槽状腐蚀即是宏电池腐蚀所致,其危害性特别大。按宏电池腐蚀的起因,可分成下列5种:1)通气差异电池腐蚀 管线金属表面与通气状况不同的土壤相接触而引起的腐蚀就是通气差异电池作用的结果。这时,与通气差的土壤(如粘土)相接触的金属表面上的电位较负,构成阳极区而遭受腐蚀,反之,与通气良的土壤(如砂土)相接触的电位较正的管线表面构成阴极区而免遭腐蚀。在土壤中,通气状况的差异是普遍存在的,如在水旱田交界处,江河池塘岸边,地下水位上下,砂粘相间的土层中等。金属管线埋设在这些位置上,就会形成气差电池,致使位于为水饱和的或通气性差的土壤中的管线表面产生严重腐蚀。2)盐分差异电池腐蚀 在盐渍土地区,由
6、于水盐运行的特点,盐分在土壤剖面中的分布差异明显,水平方向上,由于地形起伏,使盐斑呈插花状分布。当管线埋入含盐土壤中,其表面将与含盐量不同的土壤接触,往往可以形成盐分差异电池,在盐渍土和重污染地区,金属管道埋下不到二、三 年就锈蚀穿孔,往往与盐差电池的腐蚀作用有关。3)金属差异电池腐蚀(电偶腐蚀) 当地下管线上具有不同金属连接体,由于金属本性不同,使金属-土壤界面电位互不相同,形成金属差异电池,低电位金属就成为腐蚀电池的阳极而遭到加速腐蚀,高电位金属构成阴极而得到保护。这种电偶腐蚀的影响距离取决于介质的导电性,腐蚀常呈现局部腐蚀特征。4)杂散电流腐蚀 大地是个巨大的导体,当土壤中由于种种原因如
7、电气铁轨、直流电接地、电焊机、电镀、电解、埋地电缆、外加电流阴极保护等而产生的杂散直流电流通过地下管线时,在电流从管线流出处就会产生腐蚀.它不是原电池作用的结果,而是属于电解腐蚀范畴.它具有局部腐蚀特征,腐蚀速度比自然腐蚀快数十倍上百倍.5)交流电腐蚀 在交流变电站、地下电缆、高压铁塔附近处于交流电干扰环境中的埋地管线,由于防腐层漏敷点和缺陷处的存在,必然有交流干扰电流进入大地,造成管线交流电腐蚀。综上所述,埋地管道在土壤中主要遭受电化学腐蚀,该腐蚀分为阳极过程、阴极过程、电流流动三过程相互独立又彼此联系，其中个过程受阻，另二个过程也受阻，腐蚀电池就会仃止和减慢。防护措施就从抑制其一入手。如覆
8、盖层为增大回路电阻减少电流流动而设;阴极保护就是消除阴阳极电位差，从根本上仃止阴、阳极过程的进行。覆盖层是治表，阴极保护治本，一旦覆盖层破损，形成小阳极和大阴极不利面积比,露铁部分(小阳极)会加速局部腐蚀。阴极保护使小阳极也变成阴极,仃止腐蚀。因此覆盖层与阴极保护相结合是表本兼治的防护方法，经济而有效。总之,金属管道在土壤中的腐蚀，一般分自然腐蚀和电解腐蚀两类。自然腐蚀主要有微电池腐蚀、电偶腐蚀、浓差电池腐蚀、温差电池腐蚀、微生物腐蚀和应力腐蚀等多种腐蚀形式；电解腐蚀有直流杂散电流腐蚀和交流杂散电流腐蚀。造成金属腐蚀的原因，除内因材料本身以外，外因土壤环境作为腐蚀介质，值得我们深入加以研究。3
9、. 土壤介质腐蚀特点及评价方法土壤是由固相、气相和液相三相构成的非均质的、多相的、多孔体系。土壤中存在上述提到的局部腐蚀的原因,所以管道在土壤中腐蚀特点以局部腐蚀为主,如点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、焊缝腐蚀等,因此评价腐蚀速度不能用均匀失重法来衡量而要用衡量局部腐蚀的指标来表达,如单位面积点蚀数量、点蚀深度,机械强度降低等指标来说明。由于土壤环境影响因素多，相互关系复杂，其影响因素多，对土壤腐蚀性评价、分类和预测的基础上，采用多因子进行土壤腐蚀性的研究方法已被人们广泛接受，用综合评价法来判评土壤腐蚀性的轻重等级。 经典的评价方法有失重法和最大孔蚀深度法，方法虽然直观，但需埋片较长时间才能得到结果
10、，应用中不方便。土壤环境中的金属构筑物的腐蚀属于电化学腐蚀，影响腐蚀原电池，影响土壤中金属电极电位，土壤导电性的各种土壤的理化性质，都有可能直接或间接影响土壤的腐蚀性。我们先从单项指标与土壤腐蚀性的关系入手，再将这些参数进行叠加处理，力求得到一个综合的评价指标，代表性的有美国ANSI和德国DIN标准。土壤腐蚀性调研分三部分：1） 土壤物理性质分析：主要包括土壤含水量、容重、总孔隙度、空气容重测定、土壤的颗粒分析。2） 土壤化学性质分析：土壤酸碱度、可溶性盐总量及碳酸根、硫酸根、氯根、硝酸根等阴离子及钙、镁、钠、钾等阳离子的测定以及各种细菌、微生物数量的测定。3） 土壤电化学性质测定：主要包括土
11、壤电阻率、金属腐蚀电位、土壤电位梯度及土壤氧化还原电位的测定。 下面现场测试内容是土壤腐蚀的几个重要的影响因素。土壤环境腐蚀检测一般采用理化性能分析法即定点取样和某些参数原位测量方法，得到各单项测试结果。按照SY/T0087-95钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准,对土壤各单项指标分别进行评价，从腐蚀性评价指数，表明管道沿线土壤腐蚀性等级。4. 现场勘测和实验室分析内容 土壤腐蚀性调查的目的是了解管道埋地腐蚀的环境，管道在那段腐蚀最为严重，那段腐蚀较轻，从而确定重点保护区段，从土壤电阻率大小确定牺牲阳极应该选用的材料(镁或锌阳极)、数量及布置方案，确定最佳保护电位和估计最小保护电流密度，辅助
12、阳极的规格和用量，电源的功率即输出电流、电压的大小，有关设计所需的原始资料要从土壤腐蚀调研中得到，同时这些资料也为正确进行阴极保护设计提供可靠依据。使设计达到最佳保护效果又要达到经济的合理性。 现场测试内容： 1、土壤类型、地表状况和气候条件； 2、土壤含盐量和含水量； 3、土壤电阻率; 4、土壤微生物指标一氧化还原电位； 5、管道腐蚀电位； 6、土壤PH值测定； 7、杂散电流影响；8、管道防腐层绝缘电阻。研究方法:土壤现场勘测:1. 通过表观分析,即肉眼观察、指触感觉和比较的方法鉴别土壤质地和松紧度,确定土壤类型,记录地表状况;2. 在勘测范围内遇有现役埋地管线,测量它相对于饱和Cu/CuS
13、O4参比电极的电位,即管地电位;3. 直接测量钢铁试片或巳埋于土壤中的管道相对于饱和Cu/CuSO4参比电极的电位,即金属腐蚀电位;4. 在现场土壤中用铂电极测定相对饱和甘汞电极的电位差E实测,换算成相对标准氢电极的Eh土壤=E实测+ESCE最后校正为相对PH=7时氧化还原电位Eh7=Eh土壤+60(PH实测-7)5. 采用土壤-土壤测定法(即S-S法),测量定距离的两支饱和Cu/CuSO4参比电极之间的电位差,可获土壤电位梯度mV/m。在每一点处测量平行和垂直两个方向的分布值。由此可得地电位分布图,并据此判断杂散电流危害程度。实验室分析:在现场勘测时从探坑中用土壤刀提取土壤样品,置于密闭容器
14、(或塑料袋)中,在实验室中通过各种分析测试方法,可测定土壤含水量、PH值、总含盐量、各种酸根离子浓度,如氯离子、硫酸根离子、碳酸根离子、硫化物和硫酸盐还原菌含量等参数。1. 采用烘干法,以烘干前后的土壤重量,计算以烘干土为基数的水分百分数,即土壤含水量W;2. 在20g风干土/20mL蒸馏水制成的土壤悬液中直接用PH计测定PH值;3. 以水土比5:1制取清亮浸出液,取一定量待测液烘干至恒重,再用H2O2除去有机物质可得”可溶性盐总量”,即总含盐量。4. 对土壤浸出液用指示剂中和法(酚酞指示剂或标准酸)滴定可得碳酸根离子浓度;5. 对土壤浸出液用BaSO4重量法或EDTA间接滴定,可测得硫酸根离
15、子浓度;6. 对土壤浸出液用K2CrO4为指示剂的硝酸银直接滴定法,可测得氯离子浓度;7. 在新鲜土样中滴定3N盐酸数滴,用醋酸铅试纸可判断有无硫化物存在及含量程度;8. 制备不同浓度的高稀释度新鲜土样悬浮液,于300C培养710天,可按最大可能菌量计数表查出指数,以计算硫酸盐还原菌含量。 5. 土壤勘测的必要性土壤腐蚀性的实验及监测工作主要是为选材及阴极保护工程服务的。阴极保护参数的确定取决于土壤腐蚀性及管道防腐层质量的定量测定，由管道绝缘层的面电阻及土壤电阻率,选取最小保护电流密度，根据被保护管道面积，确定所需保护电流量。选用整流器或其他电源的功率，即输出电流、电压大小，辅助阳极的规格和数量指强制电流法；按照土壤电阻率决定阳极的材料,按甲方设计年限要求，选定阳极规格尺寸，得到阳极的重量和支数。指牺牲阳极法。从土壤腐蚀调研，帮助设计者考虑最佳阳极布置方案，以达到保护电位的均匀分布，特别是对腐蚀的热点，穿跨越难点，格外加以注意，在套管内、压块下的管线必须安放阳极,至于用块状阳极还是带状阳极取决土壤腐蚀性及保护寿命,做到既要得到最佳保护效果，又要注意经济的合理性。二、勘察依据、测试仪器SYJ0007-97
